CN108120049A - 一体化空气源热泵*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种一体化空气源热泵***，压缩机出口依次通过第一电磁阀、蓄热器第一通道、第五电磁阀连接于四通换向阀第一接口；四通换向阀第二接口依次通过室内机换热器、膨胀阀、室外机换热器连接于四通换向阀第四接口；四通换向阀第三接口依次连接第二电磁阀、气液分离器、压缩机进口；蓄热器第二通道一端连接于气液分离器进口，另一端依次连接毛细管、第三电磁阀、四通换向阀第三接口；四通换向阀第一接口依次连接第四电磁阀、热水换热器和蓄热器第一通道出口；压缩机出口和蓄热器第一通道出口之间连接有第一旁通阀；膨胀阀两端连接有第二旁通阀。本发明不仅能采暖制冷、供热水，且在制热模式中快速除霜而不影响***正常运行。
Description
技术领域
本发明属于热泵***技术领域，具体涉及一种一体化空气源热泵***。
背景技术
空气源热泵在冬季制热模式运行时，空气侧换热器（室外机）发挥着蒸发器的作用，由于环境温度较低，换热器表面的温度也随之下降，甚至会低于0℃，当室外空气流经换热器盘管时，其所含的水分就会冷凝析出，甚至形成了霜层。霜层的形成增加了导热热阻，降低了空气侧换热器的传热系数，使流过空气侧换热器的空气流量减少。随着霜层的增厚，将出现蒸发温度下降，制热量下降和风机性能衰减等。影响制热效率，严重时出现停机，使机组不能正常工作。因此，需用除霜的方法解决这些问题。
目前，空气源热泵的除霜***有两种方式：一是从压缩机出来的高温气体通过旁通管路直接进入到室外机换热器，进行除霜；二是利用四通换向阀，将热泵***由制热工况运行转变为制冷工况运行。但是，这两种除霜方式均存在一定的缺陷，主要表现在：由于在高温气体除霜的过程中，供除霜用的能量基本来自压缩机的耗功，供给除霜用的热量不足，引起吸气、排气压力变化剧烈，对压缩机的冲击大；***制冷剂回液量大；采用一般的逆循环除霜，不仅控制方面变得复杂，在除霜过程中，热泵***无法进行供热，影响正常使用，而且蒸发器和冷凝器频繁转换，可会严重破坏机组的正常运行。融霜的开始阶段有压力衰减的过程，有的***会因为衰减到低压保护值而造成停机；误除霜现象有时发生，会导致冷凝器压力突然升高，造成仪表损坏；除霜过程不仅不制热，而且还从供热空间吸收热量，从而对水箱内储存的热水造成很大影响。由于供给除霜用的热量不足，导致除霜时间加长，除霜能耗损失加大。
可见，现有技术还有待改进和提高。
发明内容
鉴于上述现有技术存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种一体化空气源热泵***，采用蓄热技术，设置蓄热器，只需要进行简单的切换，便可进行除霜，而且不影响热泵***的正常制热，具有控制简单、稳定可靠、连续制热不需冷热模式切换的优点。
为了实现以上提及到的技术目的，本发明采取了以下技术方案：
一种一体化空气源热泵***，包括压缩机、蓄热器、四通换向阀、室内机换热器、室外机换热器、第一节流装置、第二节流装置、第一电磁阀、第二电磁阀和第三电磁阀，所述压缩机的出口依次通过第一电磁阀、蓄热器的第一通道连接于四通换向阀的第一接口；所述四通换向阀的第二接口依次通过室内机换热器、第一节流装置、室外机换热器连接于四通换向阀的第四接口；所述四通换向阀的第三接口依次连接第二电磁阀和压缩机的进口；所述蓄热器的第二通道一端连接于压缩机的进口，蓄热器的第二通道另一端依次连接第二节流装置、第三电磁阀、四通换向阀的第三接口；所述压缩机的出口和蓄热器的第一通道出口之间连接有第一旁通阀；所述第一节流装置两端连接有第二旁通阀。
所述的一体化空气源热泵***中，该热泵***还包括热水换热器、第四电磁阀和第五电磁阀；所述四通换向阀的第一接口依次连接第四电磁阀、热水换热器和蓄热器的第一通道出口；所述第五电磁阀两端连接于四通换向阀的第一接口和蓄热器的第一通道出口。
所述的一体化空气源热泵***中，所述室内机换热器和第一节流装置之间连接有第一过滤器，所述室外机换热器和第一节流装置之间连接有第二过滤器。
所述的一体化空气源热泵***中，所述第一节流装置为膨胀阀。
所述的一体化空气源热泵***中，该热泵***还包括水箱；所述热水换热器设置在水箱内。
所述的一体化空气源热泵***中，该热泵***还包括气液分离器；所述气液分离器的出口连接于压缩机的进口，气液分离器的进口连接于蓄热器第二通道的出口和第二电磁阀的出口。
所述的一体化空气源热泵***中，所述第二节流装置为毛细管。
所述的一体化空气源热泵***中，所述一体化空气源热泵***设置为一个或多个，一个或多个一体化空气源热泵***共用同一个室内机换热器和同一个水箱。
所述的一体化空气源热泵***中，所述热水换热器为螺旋管换热器。
有益效果：
本发明提供了一种一体化空气源热泵***，采用了蓄热技术，通过在***内设置蓄热器和第一旁通管路、第二旁通管路，实现在制热过程中进行除霜，不影响***正常制热。在正常连续制热、供热水工况下，只需通过对第二旁通阀、第二电磁阀和第三电磁阀的简单控制，进行除霜模式的启闭，将来自压缩机出口的高温高压气体的部分热量通过蓄热器储蓄起来，剩余的热量用于热水、室内热空气的制取，从室内机换热器出来的制冷剂经过第二旁通阀进入不运行工作的室外机换热器，由于进入除霜模式，室外机换热器设置的风机将停止运行，制冷剂未经膨胀阀的降压降温，在室外机换热器内与室外机换热器外表面的霜层换热，完成熔化霜层工作，然后制冷剂经毛细管流至蓄热器吸热蒸发，随后通过气液分离器的作用流回至压缩机，形成工作循环。在调整至除霜模式时，***仍旧处于制热、供热水运行状态，只是改变了室外机换热器、膨胀阀、蓄热器的工作状态，实现除霜之余保证了***继续正常运行，不需要制冷工况、制热工况的来回切换。
附图说明
图1为本发明提供的一体化空气源热泵***的连接示意图。
图2为本发明提供的一体化空气源热泵***在另一具体实施方式的连接示意图。
图3为本发明提供的一体化空气源热泵***在单制冷模式运行的工作原理示意图。
图4为本发明提供的一体化空气源热泵***在制冷联供热水模式运行的工作原理示意图。
图5为本发明提供的一体化空气源热泵***在单采暖模式运行的工作原理示意图。
图6为本发明提供的一体化空气源热泵***在采暖联供热水模式运行的工作原理示意图。
图7为本发明提供的一体化空气源热泵***在夏季单供热水模式运行的工作原理示意图。
图8为本发明提供的一体化空气源热泵***在冬季单供热水模式运行的工作原理示意图。
图9为本发明提供的一体化空气源热泵***在单采暖模式进行除霜的工作原理示意图。
图10为本发明提供的一体化空气源热泵***在采暖联供热水模式进行除霜的工作原理示意图。
图11为本发明提供的一体化空气源热泵***在单供热水模式进行除霜的工作原理示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种一体化空气源热泵***，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。
请参阅图2，本发明提供了一种一体化空气源热泵***，包括压缩机1、蓄热器10、四通换向阀3、室内机换热器4、室外机换热器7、第一节流装置6、第二节流装置18、第一电磁阀12、第二电磁阀13和第三电磁阀14，压缩机1的出口依次通过第一电磁阀12、蓄热器10的第一通道连接于四通换向阀3的第一接口；四通换向阀3的第二接口依次通过室内机换热器4、第一节流装置6、室外机换热器7连接于四通换向阀3的第四接口；四通换向阀3的第三接口依次连接第二电磁阀13和压缩机1的进口；蓄热器10的第二通道一端连接于压缩机1的进口，蓄热器10的第二通道另一端依次连接第二节流装置18、第三电磁阀14、四通换向阀3的第三接口；压缩机1的出口和蓄热器10的第一通道出口之间连接有第一旁通阀11；第一节流装置6两端连接有第二旁通阀17。第一旁通阀11和第一电磁阀12的设置用于对蓄热器10进行旁通，调控蓄热器10在***内的工作状态；第二旁通阀17的设置用于对第一节流装置6进行旁通，促使制冷剂通过第二旁通阀17而不经第一节流装置6流至室外机换热器7。另外，第一节流装置6的一端可设置一电磁阀。室内机换热器4设置有室内风机5，室外机换热器7设置有室外风机8，均是用以促进空气流动，加强换热效果。该热泵***可提供制冷、采暖、除霜的功能，且在需要除霜操作中不需要进行制冷工况、采暖工况频繁切换，确保在采暖模式正常运行下能进行快速有效的除霜工作。
如图1所示，进一步地，该热泵***还包括气液分离器2；气液分离器2的出口连接于压缩机1的进口，气液分离器2的进口连接于蓄热器10第二通道的出口和第二电磁阀13的出口。吸收热量蒸发的制冷剂在进入压缩机1前先经过气液分离器2的分离作用，实现气液分离，避免液态制冷剂或机油进入压缩机1，发生压缩机1液击现象，损坏压缩机1的气阀。另外，在气液分离器2内可设置用于回收机油的管路，将机油回收至压缩机的机油箱。
进一步地，该热泵***还包括热水换热器（图中未标记）、第四电磁阀16和第五电磁阀15；四通换向阀3的第一接口依次连接第四电磁阀16、热水换热器和蓄热器10的第一通道出口；第五电磁阀15两端连接于四通换向阀3的第一接口和蓄热器10的第一通道出口。在蓄热器10的第一通道出口设置热水换热器，新增了该***的功能——生产热水，不仅仅可以制冷采暖，还为用户提供热水供应。对于不需要生产热水的情况，通过调节第四电磁阀16和第五电磁阀15，对热水换热器进行旁通，使得制冷剂只流经第五电磁阀15。另外，第一旁通阀11和第二旁通阀17均属于电磁控制的阀门。
进一步地，室内机换热器4和第一节流装置6之间连接有第一过滤器20，室外机换热器7和第一节流装置6之间连接有第二过滤器19。第一过滤器20和第二过滤器19的设置是用于对进入第一节流装置6的制冷剂进行过滤，吸附制冷剂混有的水分，防止第一节流装置6发生冰堵事故。
优选地，第一节流装置6选用为膨胀阀。第二节流装置18为毛细管。
进一步地，该热泵***还包括水箱9；热水换热器设置在水箱9内。优选地，热水换热器为螺旋管换热器。水箱9内储蓄着大量生活用水，保持一定液位，设置液位传感器和控制器，进行水箱9的液位控制，确保螺旋管换热器完全浸入在生活用水，与水充分接触，增大两者的换热面积，将制冷剂的热量通过螺旋管换热器传递给生活用水，提升其温度。另外，还可设置与控制器电连接的温度传感器，确保水温满足用户需求。
根据季节的变化或用户使用要求的不同，本发明提供的一体化空气源热泵***可以在多种不同的模式下运行。
一、在制冷模式下运行，不需提供热水而进行单制冷工作时，如图3所示：首先第一电磁阀12、第三电磁阀14、第四电磁阀16和第二旁通阀17均是处于关闭状态，蓄热器10和热水换热器不运行工作。制冷剂从压缩机1流出后经过第一旁通阀11、第五电磁阀15和四通换向阀3进入到室外机换热器7进行冷凝，再通过膨胀阀6进入室内机换热器4，吸收室内空气热量，蒸发后经过四通换向阀3和第二电磁阀13流至气液分离器2进行气液分离，最终流回至压缩机1，这样就完成了制冷循环。通过第一旁通阀11和第五电磁阀15的旁通作用，促使制冷剂不流入蓄热器10和热水换热器，可以减少不必要的压降，保证高的能效比。
在有供热水需求时，如图4所示：***内第一电磁阀12、第五电磁阀15、第二旁通阀17和第三电磁阀14均关闭，蓄热器10不工作。制冷剂流出压缩机1后经过第一旁通阀11进入热水换热器，将其高热量传递给水箱9内的生活用水，然后进入室外机换热器7冷凝，经膨胀阀6后达到室内机换热器4，为室内空气提供冷量，随后经第二电磁阀13和气液分离器2回到压缩机1内，形成了生产热水和制冷的循环。此时***同时进行室内制冷和热水生产，减少向外界排放冷凝热，将部分冷凝热利用至热水生产中，另外通过第一旁通阀11的作用，使得制冷剂不进入蓄热器10，可减少不必要的压力损失，有效提高了***的能效比。
由于在制冷过程中，室外机换热器7不会出现结霜问题，蓄热器10不工作，故对蓄热器10进行旁通，促使制冷剂不流入蓄热器10，引起不必要的压力损失产生。
二、在制热模式下运行，不需提供热水进行单制热工作时，如图5所示：将***内的第一旁通阀11、第二旁通阀17、第三电磁阀14和第四电磁阀16关闭，促使由压缩机1出来的制冷剂进入蓄热器10，将部分热量存储起来，然后经第五电磁阀15、四通换向阀3进入室内机换热器4，将室内空气的温度提高，后经膨胀阀6进入室外机换热器7吸热蒸发，最后经第二电磁阀13和气液分离器2流回至压缩机1，完成单制热的工作循环。为了减少不必要的压损，保证高的能效比，通过第五电磁阀15的旁通，使制冷剂不流动至热水换热器中。
在有供热水需求时，如图6所示：关闭***内的第一旁通阀11、第二旁通阀17、第三电磁阀14和第五电磁阀15。制冷剂流出压缩机1后，进入蓄热器10，将部分热量存储起来，然后进入热水换热器，与水箱9内的生活用水进行换热,后通过四通换向阀3进入室内机换热器4，将室内空气的温度提高，后经膨胀阀6进入室外机换热器7吸热蒸发，最后经第二电磁阀13和气液分离器2流回至压缩机1，形成采暖兼供热水的工作循环。
在制热模式运行时，制冷剂通过在室外机换热器7内与外界环境进行换热，制冷剂吸收了热量蒸发，可是在冬季，***运行一段时间后，室外机换热器7的外表面会出现结霜，因此需要对其定期除霜。
如图5所示，热泵***正进行单制热工作；如图6所示，热泵***正进行采暖兼供热水工作。在制热模式下，当室外机换热器7出现结霜问题时，则立即进行***内的调节。单制热工况下进行除霜的***情况，如图9所示；采暖兼供热水工况下进行除霜的***情况，如图10所示。参见图5和图9、图6和图10，分析可得：通过简单的操作，只需把第二旁通阀17、第三电磁阀14打开，将室外风机8和第二电磁阀13关闭，便进入了除霜工作，从室内机换热器4出来的制冷剂未经膨胀阀6的降压降温，而是经过第二旁通阀17进入室外机换热器7，与室外机换热器7外表面的霜层进行换热，熔化霜层，而且，在除霜的过程中，热泵***始终在保持制热，即是不需要将制冷工况和制热工况来回切换，便可实现除霜，更重要的是不影响***的正常连续性的制热工作。
三、在单供热水模式运行，夏季需要供热水时，如图7所示：***内的第一电磁阀12、第三电磁阀14、第五电磁阀15、第二旁通阀17和室内机换热器4的室内风机5均关闭，蓄热器10不运行。为了减少不必要的压损产生，制冷剂从压缩机1出来后经第一旁通阀11进入热水换热器，为水箱9的生活用水提供热量，生产热水，随后经四通换向阀3流进室内机换热器4，此时室内风机5关闭，制冷剂在室内机换热器4内不进行换热。接着从室内机换热器4出来的制冷剂经膨胀阀6进入室外机换热器7吸收蒸发，最后依次经过第二电磁阀13和气液分离器2回到压缩机1，形成工作循环。
冬季需要供热水时，如图8所示：将***内的第一旁通阀11、第二旁通阀17、第三电磁阀14和第五电磁阀15，以及室内风机5关闭。由压缩机1压缩出来的制冷剂进入蓄热器10，将部分热量储蓄起来，接着进入热水换热器，为生活用水提供热量，然后依次经过室内机换热器4、膨胀阀6流进室外机换热器7吸收外界热量蒸发，最终经第二电磁阀13和气液分离器2流回压缩机1，完成了一次工作循环。在冬季进行单供热水工作时，***运行一段时间后，室外机换热器7容易出现结霜现象，那么则需要进行除霜，如图11所示，只需把第二旁通阀17、第三电磁阀14打开，将室外风机8和第二电磁阀13关闭，便进入了除霜工作，而且，在除霜的过程中，热泵***始终在保持制热，即是不需要将制冷工况和制热工况来回切换，便可实现除霜，更重要的是不影响***的正常连续性的制热工作。
在另一具体实施方式中，一体化空气源热泵***设置为多个，多个一体化空气源热泵***共用同一个室内机换热器和同一个水箱。
综上所述，本发明提供了一种一体化空气源热泵***，采用了蓄热技术，通过在***内设置蓄热器和第一旁通管路、第二旁通管路，实现在制热过程中进行除霜，不影响***正常制热。在正常连续制热、供热水工况下，只需通过对第二旁通阀、第二电磁阀和第三电磁阀的简单控制，进行除霜模式的启闭，将来自压缩机出口的高温高压气体的部分热量通过蓄热器储蓄起来，剩余的热量用于热水、室内热空气的制取，从室内机换热器出来的制冷剂经过第二旁通阀进入不运行工作的室外机换热器，由于进入除霜模式，室外机换热器设置的风机将停止运行，制冷剂未经膨胀阀的降压降温，在室外机换热器内与室外机换热器外表面的霜层换热，完成熔化霜层工作，然后制冷剂经毛细管流至蓄热器吸热蒸发，随后通过气液分离器的作用流回至压缩机，形成工作循环。在调整至除霜模式时，***仍旧处于制热、供热水运行状态，只是改变了室外机换热器、膨胀阀、蓄热器的工作状态，实现除霜之余保证了***继续正常运行，不需要制冷工况、制热工况的来回切换。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (9)
1.一种一体化空气源热泵***，包括压缩机、蓄热器、四通换向阀、室内机换热器、室外机换热器、第一节流装置、第二节流装置、第一电磁阀、第二电磁阀和第三电磁阀，其特征在于，所述压缩机的出口依次通过第一电磁阀、蓄热器的第一通道连接于四通换向阀的第一接口；所述四通换向阀的第二接口依次通过室内机换热器、第一节流装置、室外机换热器连接于四通换向阀的第四接口；所述四通换向阀的第三接口依次连接第二电磁阀和压缩机的进口；所述蓄热器的第二通道一端连接于压缩机的进口，蓄热器的第二通道另一端依次连接第二节流装置、第三电磁阀、四通换向阀的第三接口；所述压缩机的出口和蓄热器的第一通道出口之间连接有第一旁通阀；所述第一节流装置两端连接有第二旁通阀。
2.根据权利要求1所述的一体化空气源热泵***，其特征在于，还包括热水换热器、第四电磁阀和第五电磁阀；所述四通换向阀的第一接口依次连接第四电磁阀、热水换热器和蓄热器的第一通道出口；所述第五电磁阀两端连接于四通换向阀的第一接口和蓄热器的第一通道出口。
3.根据权利要求1所述的一体化空气源热泵***，其特征在于，所述室内机换热器和第一节流装置之间连接有第一过滤器，所述室外机换热器和第一节流装置之间连接有第二过滤器。
4.根据权利要求1所述的一体化空气源热泵***，其特征在于，所述第一节流装置为膨胀阀。
5.根据权利要求2所述的一体化空气源热泵***，其特征在于，还包括水箱；所述热水换热器设置在水箱内。
6.根据权利要求1所述的一体化空气源热泵***，其特征在于，还包括气液分离器；所述气液分离器的出口连接于压缩机的进口，气液分离器的进口连接于蓄热器第二通道的出口和第二电磁阀的出口。
7.根据权利要求1所述的一体化空气源热泵***，其特征在于，所述第二节流装置为毛细管。
8.根据权利要求5所述的一体化空气源热泵***，其特征在于，所述一体化空气源热泵***设置为一个或多个，一个或多个一体化空气源热泵***共用同一个室内机换热器和同一个水箱。
9.根据权利要求5所述的一体化空气源热泵***，其特征在于，所述热水换热器为螺旋管换热器。
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